【负载均衡oj】(七)ojserver
一.目的
负责负载均衡，获取网站首页，通过网络罗调用编译并运行并提供结果给用户。根据用户的操作提供不同的功能。采用mvc结构。使用 ctemplate文字模板做数据渲染
m在这里指的是和数据的交互，可以用文件或者sql交互。在使用文件的情况下，就必须要有对应的文件目录存放每一道题。提供题目描述和题头还有测试用例。
二.实现model
负责将文件题库抽象成数据结构，并提供接口给ojcontrol调用。ojcontrol通过model模块获取全部的题目信息和测试用例，用来交给后端服务继续运行
题的数据结构
typedef struct Question // 每一道题对应的基本信息
{
string number; // 题目编号
string title; // 题目名称
string diffculty; // 题目难度
int cpu_limit; // 运行时间限制
int mem_limit; // 内存时间限制
string desc; // 题目描述
string header; // 题目提供给用户的首部代码
string tailer; // 题目的测试用例，需要和header拼接，形成完整代码
}Question;
获取题信息的数据结构，因为是从文件中读取，所以需要一个字符串格分割函数。
加载所有题库信息到数据结构。
bool LoadQuestionList(const string question_path) //根据文件题目列表获取到数据结构内
{
ifstream in(questionlist_path); // 打开题目列表的文件流
if (!in.is_open()) // 打开文件流失败
{
LOG(FATAL) << "加载题库失败,请检查是否存在题库文件"
<< "\n";
return false;
}
string line;
while (getline(in, line))
{
vector tokens; // 题的五个信息
StringUtil::SplitString(line, &tokens, " "); // 根据空格分隔出不同元素
if (tokens.size() != 5) // 每道题有五种基本信息（编号，题目，,难度,mem,cpu）
{
LOG(WARNING) << "加载部分题目失败, 请检查文件格式"
<< "\n";
continue; // 获取当前题目信息失败直接跳过
}
Question q; // 创建题目对象填充信息
q.number = tokens[0];
q.title = tokens[1];
q.diffculty = tokens[2];
q.cpu_limit = atoi(tokens[3].c_str());
q.mem_limit = atoi(tokens[4].c_str());
// 获取题目详细信息
string path = question_path; // 需要拼出对应的题目路径
path += q.number;
path += "/";
// 从文件内读出内容并填充进题目结构体里
FileUtil::ReadFile(path + "desc.txt", &(q.desc), true);
FileUtil::ReadFile(path + "header.cpp", &(q.header), true);
FileUtil::ReadFile(path + "tail.cpp", &(q.tailer), true);
// 形成哈希映射
questions.insert({q.number, q});
}
LOG(INFO) << "题库加载成功"
<< "\n";
in.close();
return true;
}
获取一道题给客户
bool GetOneQuestion(const string &number, Question *ret) // 通过题号获取对应题
{
const auto &iter = questions.find(number);
if (iter == questions.end())
{
LOG(ERROR) << "用户获取题目失败, 题目编号: " << number << "\n";
return false;
}
*ret = iter->second; // 输出行参数
return true;
}
获取所有题目给客户
bool GetAllQuestion(vector *out)
{
if (questions.size() == 0)
{
LOG(ERROR) << "用户获取题库失败"
<< "\n";
return false;
}
for (auto &q : questions)
{
out->push_back(q.second); // 遍历哈希映射把题目信息依次录入vector
}
return true;
} 三.control模块
主要实现逻辑控制，从网页上拿来各种信息，提取有用信息后，结合本地数据向后端提交，如判题功能，或者根据要求获取对应本地信息，并通过前段模块返回给用户
// 核心业务逻辑
class Control // 控制ojserver的基础功能，包括修改题库和前端界面交互，整合数据控制和前端交互
{
private:
ns_model::Model _model; // 提供后台数据
View _view; // 提供html渲染功能
LoadBalance _load; // 提供负载均衡模块
public:
void RecoveryMachine()
{
_load.OnlineMachine();
}
// 获取所有题目并生成html文件
bool AllQuestions(string *html) // 输出型参数
{
vector all;
if (_model.GetAllQuestion(&all)) // 获取所有题目到vector内
{
// 获取信息成功构建html
sort(all.begin(),all.end(),[](const Question& q1,const Question& q2){
return atoi(q1.number.c_str())_ip, m->_port);
m->IncLoad();
LOG(INFO) << " 选择主机成功, 主机id: " << id << " 详情: " << m->_ip << ":" << m->_port << " 当前主机的负载是: " << m->Load() << "\n";
// 5.将数据提交给服务主机并进行编译运行
if (auto res = cli.Post("/Compile_and_run", compile_string, "application/json;charset=utf-8")) // 这个请求完成编译运行并返回结果
{
// 需要判断返回结果，有返回结果不一定成功运行
if (res->status == 200) // 200表示成功运行
{
// 将结果返回给用户
*outj_son = res->body;
m->DecLoad();
LOG(INFO) << "主机执行任务成功"
<< "\n";
break;
}
// 若提交失败也需要将负载复原并重新执行该流程
m->DecLoad();
}
else
{
// 请求失败(当前主机不存在)
LOG(ERROR) << " 当前请求的主机id: " << id << " 详情: " << m->_ip << ":" << m->_port << " 可能已经离线"
<< "\n";
_load.OfflineMachine(id);
_load.ShowMachines(); // 仅仅是为了用来调试
}
}
} 四.view模块
在拿到model的题目信息后，结合本地html进行渲染，给用户提供前端展示页面。采用ctemplate渲染。
通过互取到的所有题目信息，使用ctemplate渲染展示给用户。
// 获取所有题目并生成html文件
bool AllQuestions(string *html) // 输出型参数
{
vector all;
if (_model.GetAllQuestion(&all)) // 获取所有题目到vector内
{
// 获取信息成功构建html
sort(all.begin(),all.end(),[](const Question& q1,const Question& q2){
return atoi(q1.number.c_str()) 一道题
bool OneQuestion(const string &number, string *html)
{
Question q;
if (_model.GetOneQuestion(number, &q))
{
_view.OneExepandHtml(q, html);
return true;
}
else
{
*html = "指定题目: " + number + " 不存在!";
return false;
}
}五.负载均衡
我们需要以一个文件存放所有可用的主机和端口号。作为主机的配置文件。同时主机需要保存自身的负载情况，所以需要加锁。
class Machine // 标识提供服务的主机
{
public:
std::string _ip; // 本机的ip端口号和负载程度
int _port;
uint64_t _load;
std::mutex *_mtx; // 重点必须用指针不能用实例，容器内有拷贝，c++里的mutex是禁止拷贝的，只能用指针取地址绕过
Machine()
: _ip(""),
_port(0),
_load(0),
_mtx(nullptr)
{
}
// 提升负载(有可能多个主机同时运行有竞争问题)
void IncLoad()
{
if (_mtx)
{
_mtx->lock();
}
_load++;
if (_mtx)
{
_mtx->unlock();
}
}
// 降低负载
void DecLoad()
{
if (_mtx)
{
_mtx->lock();
}
_load--;
if (_mtx)
{
_mtx->unlock();
}
}
// 获取主机负载,没有太大的意义，只是为了统一接口
uint64_t Load()
{
uint64_t load = 0;
if (_mtx)
_mtx->lock();
load = _load;
if (_mtx)
_mtx->unlock();
return load;
}
void ResetLoad()
{
if (_mtx)
{
_mtx->lock();
}
_load = 0;
if (_mtx)
{
_mtx->unlock();
}
}
};负载均衡模块负责所有主机的情况，包括是否上线。并提供负载最小的主机，也需要加锁，因为涉及到对所有主机属性的更改。算临界区
class LoadBalance // 负载均衡模块
{
// 可以给我们提供编译服务的所有的主机
// 每一台主机都有自己的下标，充当当前主机的id
vector machines;
// 所有在线的主机id
std::vector online;
// 所有离线的主机id
std::vector offline;
std::mutex mtx; //需要保证负载均衡的数据安全
public:
LoadBalance()
{
assert(LoadConf(service_machine));
LOG(INFO) << "加载 " << service_machine << " 成功"
<< "\n";
}
bool LoadConf(const string &machine_conf) // 从conf文件里读取上来所有主机信息
{
ifstream in(machine_conf); // 打开文件流
if (!in.is_open())
{
LOG(FATAL) << " 加载: " << machine_conf << " 失败"
<< "\n";
return false;
}
// 读取数据到line
string line;
while (getline(in, line))
{
vector tokens; // 每一行切分到这里，只有两个元素，ip和端口号
StringUtil::SplitString(line, &tokens, ":");
if (tokens.size() != 2)
{
LOG(WARNING) << " 切分 " << line << " 失败"
<< "\n";
continue;
}
// 读取数据完毕构建对象
Machine m;
m._ip = tokens[0]; // 填充ip和端口号
m._port = atoi(tokens[1].c_str());
m._load = 0;
m._mtx = new std::mutex();
online.push_back(machines.size()); // 先让所有机器数作为下标，在把主机放入主机列表
machines.push_back(m); // 抽象的哈希映射
}
in.close();
return true;
}
bool SmartChoice(Machine **m, int *id) // 两个输出出行参数，返回选择的主机，或者看情况离线主机
{ // 因为传参的时候不想通过下标访问，所以通过地址修改
// 1. 选择主机(更新该主机的负载)
// 2. 我们需要可能离线该主机
// 选择主机有安全问题
mtx.lock();
int online_num = online.size(); // 检查活跃主机数
if (online_num == 0)
{
mtx.unlock();
LOG(FATAL) << " 所有的后端编译主机已经离线, 请尽快查看"
<< "\n";
return false;
}
// 通过遍历的方式，找到所有负载最小的机器
*id = online[0];
*m = &machines[online[0]];
uint64_t min_load = machines[online[0]].Load();
for (int i = 0; i < online_num; i++) // 寻找最小负载
{
uint64_t cur_load = machines[online[i]].Load();
if (cur_load < min_load)
{
min_load = cur_load;
*id = online[i];
*m = &machines[online[i]];
}
}
mtx.unlock();
return true;
}
void OnlineMachine() // 上线服务器(一次直接全部上线)
{
mtx.lock();
online.insert(online.end(), offline.begin(), offline.end());
offline.erase(offline.begin(), offline.end());
LOG(INFO) << "重新登陆主机成功"
<< "\n";
mtx.unlock();
}
void ShowMachines() // 查看所有服务器状态
{
mtx.lock();
std::cout << "当前在线主机列表: "
<< "\n";
for (auto &id : online)
{
std::cout << id << " ";
}
std::cout << std::endl;
std::cout << "当前离线主机列表: "
<< "\n";
for (auto &id : offline)
{
std::cout << id << " ";
}
mtx.unlock();
}
void OfflineMachine(const int &mid) // 下线服务器
{
mtx.lock();
for (auto iter = online.begin(); iter != online.end(); iter++) // 用迭代器遍历好一些，利于删除
{
if (*iter == mid)
{
machines[mid].ResetLoad(); // 下线前清空负载
online.erase(iter);
offline.push_back(mid);
break; // 因为break所以不用考虑迭代器失效，此时循环已经终止了
}
}
mtx.unlock();
}
};